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基于ZigBee技术的山体滑坡预警系统设计

0引言

我国是一个多山的国家，并且地质条件复杂，因此成为世界上山体滑坡灾情最严重

的国家之一。山体滑坡的预警方式可以分为有线和无线两大类。在山体滑坡监测区域，

地理条件一般比较复杂，线路架设困难、电源供给不便，使得有线系统部署起来非常困

难，系统维护十分不便，并且监测网络结构的可靠性不高。由于无线传输技术的不断提

高和成熟，使得无线传感器网络，这种全新的网络化信息获取与处理技术得到应用，这

种技术具有自组网、无线多跳路由和多路径数据传输功能[1]。基于此，本文针对山体

滑坡监测提出以无线传感器网络技术为基础，构建山体监测区域无线传感器监测网络，

结合ZigBee通信技术，实现对监测区域的远程实时监控，并通过对采集数据的分析和

处理，实现对山体滑坡的预警。

1ZigBee技术

ZigBee技术作为一种新兴的无线通信技术，是一组基于IEEE802.15.4

无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。ZigBee工作在

20～250kbps的较低速率，满足监控的数据传输要求。增加RF发射功率后，传输距

离可增加到1～3km，如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将更远。因此，

ZigBee技术可实现在无GPRS信号区与有信号区的传输连接。ZigBee技术响应速度

较快，可以将灾害的预警时间提前。ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，最多

可组成65000个节点的大网。ZigBee网络可以实现自我组态与自我修复的功能，实

现节点加入或离开网络、接收或抛弃其它节点以及路由查找和传送数据等功能，支持多

种路由算法和多种网络拓扑结构。

2预警系统设计

文中将山体滑坡监控系统分成三部分——传输网络、无线传感器监控单元和远端管

理平台。

2.1传输网络

传输网络由ZigBee网络和GPRS网络组成。ZigBee网络将无线传感器采集的信

号传输给GPRS模块，然后GPRS模块将数据传输给远端管理平台。

2.1.1ZigBee网络

ZigBee网络单元中含有网络路由器、网络协调器、终端接收器3类设备。ZigBee

网络路由器是最复杂的，它包含所有的网络消息，存储容量最大、计算能力最强。并且

具有发送网络信标、建立网络、管理网络节点、存储网络节点信息、寻找一对节点间的

路由消息、连续接收信息等功能。ZigBee网络协调器可以担任网络协调者，形成网络。

如果其具备控制器的功能，还可提供信息双向传输。它附带由标准指定的全部

802.15.4功能和所有特征。此外，ZigBee网络协调器还拥有更强的存储器、计算能

力，可使其在空闲时起网络路由器作用，也能用作终端设备。最后，还包括专用的终端

设备。在整个测量过程中，传感器节点自动调节信息的采集频率和信息的采集量，由无

线传输模块对信号进行简单处理后，通过ZigBee模块传输给控制计算机或无线GPRS

模块[2]。

这里的ZigBee模块选用了CC2430模块。CC2430模块的核心芯片CC2430

结合Chipcon公司全球先进的ZigBee协议栈工具包和参考设计，该芯片具有如下特

点：高性能，低功耗；集成标准无线电收发机；抗干扰性强，灵敏度高；外部的中断或

RTC能唤醒系统；具有电池监测和温度感测功能；集成了14位模数转换的ADC；集

成AES安全协处理器[3]。

2.1.2GPRS网络

GPRS通信网有覆盖范围广，性能完善，数据纠错能力强，数据传输率高等优点。

所以本系统采用它来连接ZigBee网络与远端管理平台。本系统采用性价比高的

SIM300模块。SIM300具有增强型ATAttention命令集，技术指标适合用于开发基

于GPRS的无线产品，为用户提供了功能完备的系统接口。模块支持外部SIM卡，可

以直接与SIM卡连接，模块能够自动检测并适应SIM卡类型[4]。

2.2无线传感器监控单元

无线传感器控制单元是为了得到监测区域的实时有效信息。如果有关于滑坡体长期

位移观测资料，在大滑动之前，无论是水平位移量或垂直位移量，均会呈现加速变化的

趋势。所以我们在监测区域安放大量的传感器